최근 수문자료에서 비정상성 현상들이 관측됨에 따라 비정상성 빈도해석에 관한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 시간에 따라 변화하는 통계 적 특성을 고려하기 위하여 다양한 형태의 비정상성 확률분포형이 제시되고 있으며, 비정상성 매개변수를 추정할 수 있는 다양한 방법들이 연구되 고 있는 추세이다. 본 연구에서는 앙상블 경험적 모드분해법을 이용한 비정상성 Gumbel 분포형의 매개변수 추정방법을 제시하고 기존에 비정상 성 매개변수 추정방법으로 주로 사용되어온 최우도법과 비교해보고자 하였다. 국내 자료의 적용을 위하여 기상청 지점의 다양한 지속기간에 대해 경향성이 나타나는 연 최대치 강우자료를 사용하였다. 적용 결과 선형적 경향성을 나타내는 자료에 대해서는 두 가지 방법 모두 적절한 모형을 선 정하였으나, 2차 곡선 형태의 경향성이 존재하는 자료에 대해서는 앙상블 경험적 모드분해법의 경우에만 이러한 경향성을 반영하는 비정상성 Gumbel 모형을 선정하였다.

영국에서는 지역구분이 필요없고 상대적으로 긴 재현기간에 대해서도 안정적인 확률강우량 추정이 가능한 FORGEX (Focused Rainfall Growth Extension) 기법을 개발하여 강우자료의 지역빈도해석을 수행하고 있으며, 지역빈도해석에 적합한 모집단 성장곡선으로부터 네트워크 최대값(network maximum, netmax) 자료의 분포위치를 고려하기 위하여 영국 강우자료를 이용한 공간상관식(ln Ne)을 유도하였다. 이런 이유 로 영국에서 개발된 공간상관식을 우리나라에 적용할 경우 부정확한 확률강우량을 산정하는 문제점이 발생한다. 이를 보완하기 위하여 본 연구에 서는 우리나라 기상청 산하 유인관측소 지점 중 30년 이상의 긴 강우자료를 보유한 64개 지점의 강우자료를 이용하여 공간상관식을 유도하였다. 지점 간의 합리적인 비교를 위해 1973년부터 2014까지를 기준기간(reference period)으로 정하였고, 강우지속시간, 지점 수, 네트워크 면적 등 3가지 변수를 고려하여 공간상관식을 유도하였다. 유도된 공간상관식을 FORGEX 기법에 적용하여 지역빈도해석을 수행하였고, 기존의 영국식을 이용하여 산정한 확률강우량 값과 비교·분석하였다. 그 결과 우리나라 강우자료를 이용하여 새롭게 유도한 공간상관식은 기존의 영국식 보다 정확 한 것으로 나타났고, 이를 FORGEX 기법에 적용한 결과 영국 공간상관식은 새롭게 개발한 공간상관식보다 확률강우량을 과소 추정하는 것으로 나 타났다. 본 연구를 통하여 기존 FORGEX 기법에서 내포하고 있는 부정확성을 보완할 수 있고, 긴 재현기간에 대한 확률강우량을 보다 정확하게 추 정할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 우리나라 강수 및 기온과 다양한 기상인자와의 교차상관관계 분석을 통해 대규모 기후변동이 우리나라에 어떠한 영향을 주는지를 분석하였다. 강수 및 기온자료의 경우 앞선 연구인 “경험적 모드분해법을 이용한 기상인자와 우리나라 강수 및 기온의 상관관계 분석 : I. 자료의 분 해 및 특성분석”의 연구결과를 통해 주기성, 경향성에 따라 분해한 강수 및 기온자료의 내재모드함수를 사용하여, 자료의 변동이 심하고 잡음이 포 함된 원 자료를 통한 상관관계 분석보다 좀 더 명확한 상관계수를 계산하였다. 이렇게 분해된 기상자료와 기상인자간의 교차상관관계 분석을 통해 그 시간차와 상관계수를 계산하여, 주기성과 경향성 측면에서 어떠한 상관관계가 있는지를 분석하였다. 그 결과 주기성 측면에서 엘니뇨현상에 의 한 기후변동이 우리나라 기상현상과 밀접한 관련이 있으며, 경향성 측면에서 기후변화로 인한 해수면 온도 증가추세가 우리나라 기상현상과 밀접 한 연관이 있음을 알 수 있었다.

수문 시계열의 분석은 수문자료를 활용한 수자원의 효율적인 운영 및 관리에 필수적인 부분이며, 특히 장기적인 수문량 예측에 널리 활용되고 있다. 이러한 수문 시계열 분석은 전통적으로 하나의 자료계열을 하나의 요인으로 파악하여 자료를 분석하고 예측해왔지만 시계열 자료가 여러 가지 요인으로 혼합되 어 하나의 자료계열로 나타내질 수 있다는 가정 하에 각 요인들을 분해하여 분석하는 방법도 널리 연구되고 있다. 본 연구에서는 경험적 모드분해법을 이용하여 주어진 수문 시계열을 다중 성분으로 분해하고 분해된 각 요소를 시계열 모형으로 재구축한 후, 구축된 요소별 시계열 모형으로부터 예측된 값을 합하여 시계열을 예측하는 방법을 이용하였으며 이를 국내 댐 유입량에 적용한 후 그 결과를 나타내었다. 기존 시계열 모형과 경험적 모드분해법을 이용한 방법의 정확도를 비교한 결과, 기존의 시계열 모형을 이용하여 자료를 예측한 결과보다 경험적 모드분해법을 적용하여 자료를 분해한 후 시계열 자료를 예측한 결과가 주어진 시계열 자료를 더 잘 나타내는 것을 알 수 있었다.

수공구조물을 설계함에 있어 설계우량주상도를 결정하기 위해 설계강우량을 시간분포시키는 방법은 매우 중요하다. 우리나라에서 널리 쓰이는 Huff 방법의 경우 MOCT(2000), MOLTMA (2011)에서 적용성을 높여왔으나, 기존 Huff (1967) 방법과 똑같은 기각기준으로 강우총량 1 inch (25.4mm)를 제시하고 있다. 따라서 본 연구에서는 Huff 방법 적용시 자료 기각기준을 집중호우기준에 따라 극치사상만을 분석하는 시간분포방법을 제안하였고, 이를 실제유역에 적용시켜 강우-유출모형을 통한 검증을 실시하였으며 목적함수 비교를 통해 실제유역의 적용성을 확인하였다. 그 결과 첨두유출량의 과소산정 문제를 보완하여 실제 첨두유출량에 더 가까운 유출수문곡선을 제시함으로써 수공구조물 설계의 안정성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 초과확률 또는 비초과확률이 시간에 따라 변화한다는 비정상성을 가정하여 재현기간 산정에 대한 연구를 수행하였다. 비정상성을 고려한 2가지 재현기간 산정 방법에 대해 검토하고 비정상성 Gumbel 모형을 이용한 빈도해석을 수행하여 초과확률 및 비초과확률을 구한 뒤 비정상성을 고려한 재현기간 정의에 따른 우리나라 재현기간의 변화에 대해서 살펴보았다. 적용 대상으로는 자료기간 30년 이상을 보유하면서 일 강우 자료의 경향성이 나타나는 서귀포, 인제, 제천, 구미, 문경, 거창 등 6개 지점을 선정하였다. 적용결과 비정상성을 고려한 재현기간 산정 시 기존의 재현기간 산정 방법과는 재현기간이 다르게 산정됨을 알 수 있었고, 재현기간이 커질수록 정상성 가정하의 재현기간과 비정상성 가정하의 재현기간 값의 차이가 더 커지는 것으로 나타났다. 또한 비정상성을 고려한 재현기간의 2가지 정의 중 기대 대기시간(expected waiting time) 정의에 의한 방법이 기대 초과사상 수(expected number of exceedance event) 정의에 의한 방법 보다 작은 재현기간이 산정 되었다.

최근 마무리된 4대강 살리기 사업 등의 여파로 하천 내 수리·수문현상의 많은 변화가 예상되고 있다. 하천지형정보는 하천관리를 위해 요구되는 다양한 하천 정보의 기초가 되며 하천 내 수리·수문현상을 이해하고 예측하는데 필수적인 자료이다. 기존의 하천지형정보 취득 기술은 많은 인력과 시간이 소요되는 노동집약적 기술에 머무르고 있어 광범위한 지역에 걸쳐 대규모로 진행된 하천 사업의 영향을 계측하고 관리하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 저수부 하상 측정에는 ADCP 센서를 장착한 무선조종 하천조사보트 (R2V2)를 이용하여 3차원 저수부 하상지형자료를 취득하였으며, 고수부 지형자료 취득에는 사진측량 장비를 장착한 무인항공기 (UAV)를 이용하였다. R2V2는 ADCP 센서와 RTK-GPS 모듈을 장착하여 실시간으로 하천 전단면에 대한 유속, 유량, 하상 등에 대한 자료를 측정할 수 있고, RTK-GPS를 이용하여 정밀한 위치측정이 가능한 장비이며, UAV는 저고도에서 촬영한 고해상도 항공사진과 자세보정장치 및 GPS를 이용하여 지형의 정밀한 고도와 평면좌표 측정이 가능한 장비이다. 서로 상이한 측정방법을 사용하는 두 측정 장비의 평면좌표와 고도측정의 기준을 일치시키기 위해 4대강 살리기 사업에서 설치한 측량기준점을 이용하여 정밀한 GPS 보정을 실시하고 보정된 GPS를 이용하여 측정 시점의 수위 측량을 실시하였다. 측정된 고수부 및 저수부의 지형정보와 3차원 지형정보 표출 소프트웨어를 이용하여 3차원 하천지형을 구성하였다. 구성된 3차원 하천지형으로 기존의 하천측량 방법으로는 구현할 수 없었던 단절부 없이 고수부와 저수부가 연결된 하천 종·횡단 정보를 추출할 수 있었으며 이는 하천을 유지·관리하고 시설물 등을 계획하는데 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서 제시하고 있는 하천지형자료 취득 방법은 기존 하천 측정 방법에 비해 시간적, 경제적 효율성이 높아 하천재해 발생 시 긴급한 정보취득이 용이하며, 하천정보 취득이 주기를 짧게하여 신뢰도 높은 자료 제공이 가능해질 수 있을 것으로 판단된다.

수공구조물의 설계에 있어서 설계강우량을 산정하고 설계강우량을 지속시간에 따라서 적절하게 분포시키는 방법은 유출량 산정에 직접적인 영향을 미치고 있고, 첨두유출량, 임계지속시간, 수문곡선등과 같은 다양한 유출 수문 인자 결정에 있어 그 중요성이 매우 크다고 할 수 있다. 일반적으로 사용되고 있는 시간분포 방법은 여러 가지가 있지만 현재 우리나라에서는 2011년 국토해양부에서 발간한 “확률강우량도 개선 및 보완 연구”에서 기상청 지점의 Huff의 4분위법을 제시하고 있으며 가장 널리 사용되는 방법이다. 기존의 Huff 방법에서 강우사상기각기준은 강우총량 합이 25.4mm이지만 본 연구에서는 기각기준을 집중호우의 기각기준으로 설정을 하여 보다 극한의 호우사상만을 분석한 시간분포 값을 제시하고자 한다, 이를 토대로 강우-유출모형을 통해 첨두유출량을 산정하여 실제유출에서의 첨두유출량과 비교하여 Huff 방법의 문제로 지적되는 첨두치 과소산정의 문제를 해결하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 이를 통해 수공구조물 설계에 안정성을 높일 수 있을것으로 판단된다.

수공구조물의 설계 시 적절한 확률수문량을 추정하는 것은 매우 중요하며, 이러한 확률수문량을 추정하기 위해서는 표본으로서의 수문자료를 잘 표현할 수 있는 확률분포형을 찾아야 한다. 이와 같이 수문자료에 통계적 특성을 잘 표현할 수 있는 확률분포형을 찾기 위해서 적합도 검정을 실시하며, 적합도 검정 중 하나인 확률도시 상관계수 검정은 비교적 최근에 개발되어 그 사용법이 간단하며 높은 기각능력을 갖는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 왜곡도 계수의 영향을 고려할 수 있는 도시위치공식을 이용하여 확률도시 상관계수 검정통계량을 유도하고 그 기각능력을 검토하였으며, 그 결과를 기존에 왜곡도 계수를 고려하지 않은 확률도시 상관계수 검정 방법과 비교해보았다. 그 결과 본 연구에서 유도된 확률도시 상관계수 검정에 의한 기각능력이 기존의 검정 방법들 보다 뛰어났으며, 특히 표본 크기가 작을수록, 발생 분포형이 형상 매개변수를 가질 경우 기각능력이 높게 나타나는 것으로 나타났다.

적절한 확률분포형을 결정하고 그에 따른 확률수문량을 산정하는 것은 빈도해석에서 가장 중요한 절차이며, 이를 수행하기 위해서는 경험적 확률분포에서 얻어지는 자료와 가정한 확률분포에서 얻어지는 자료의 일치 정도를 판별하는 적합도 검정을 거쳐야 한다. 지금까지 일반적으로 적용된 적합도 검정 방법은 분포형의 전체적인 적합정도를 판별하여 최근의 기상이변으로 인한 극치 사상에 대하여는 충분히 고려하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 분포형의 극치 사상에 가중치를 주는 modified Anderson-Darling(AD) 검정 방법을 3변수 Weibull 분포형에 적용하여 검정통계량 한계값과 기각력을 살펴보았으며 이를 실제 자료에 적용한 결과, modified AD 검정 방법이 다른 기존의 적합도 검정보다 더 우수한 기각력을 가지고 있음을 확인하였다. 이는 앞으로 3변수 Weibull 분포형을 이용한 극치 수문량 선정에 있어 modified AD 방법이 하나의 기준으로 작용할 수 있을 것이라 판단된다.

수문시계열 자료에 변동성, 도약성, 경향성, 주기성 등이 있으면 이러한 자료는 일반적으로 비정상성을 가지며, 특히 경향성 판단을 통한 다양한 방법들이 제시되어 왔다. 그러나 다양한 방법 간의 검정능력에 대한 평가는 많이 이루어지지 않았으며, 그로인해 동일 자료에 대한 다른 방법의 적용으로 반대의 결과가 나오는 경우도 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 통계적 특성에 따른 경향성 분석의 변화를 파악하고, 경향성 분석방법 간의 검정능력을 파악해 보았다. 이를 위해 경향성 분석기법인 Mann-Kendall 검정, Hotelling-Pabst 검정, t 검정, Sen 검정을 적용하였으며 기울기, 표본크기, 표준편차에 따라 다양한 모의실험을 수행하였다. 그 결과 t 검정이 다른 검정에 비해 상대적으로 높은 검정력을 보였고, Mann-Kendall 검정, Hotelling-Pabst 검정, Sen 검정은 비슷한 결과를 보였다.

빈도해석에 있어서 중요한 문제는 특정 재현기간에 대한 수문량의 크기를 산정하는 것으로, 빈도해석에서는 일반적으로 관측기간보다 긴 재현기간에 해당하는 수문량의 크기를 산정하기 위해 가정된 확률분포형을 표본 자료에 적합시키게 된다. 따라서 적절한 확률분포형의 선정이 무엇보다 중요하며 이는 일반적으로 대상 자료로부터 얻어지는 경험적 빈도분포와 가정한 확률분포의 일치 정도를 판단하는 적합도 검정 방법을 이용하게 된다. 일반적으로 많이 사용되는 적합도검정 방법들

확률도시위치는 주로 도시적 해석을 통한 연최대홍수량 또는 연최대강우량의 초과확률의 추정치 산정에 사용되며 빈도해석을 통해 선정된 적정 확률분포형과 표본자료의 적합도를 도시적으로 파악할 수 있도록 해주기 때문에 오래 전부터 수문 및 수자원 분야에 널리 이용되어 왔다. 본 연구에서는 Gumbel 분포에 적합한 도시위치공식을 추정하고자 Gumbel 분포의 순서통계량과 확률가중모멘트를 이용하여 다양한 표본크기에 대한 도시위치공식의 기본식을 유도하였고, 최적화

본 연구에서는 generalized logistic(GL) 분포의 최우도 추정량(maximum likelihood estimate)에 대한 불확실성 추정을 위하여 사용되는 관측정보행렬(observed information matrix)과 Fisher 정보행렬(Fisher information matrix)의 정확도를 비교해 보고자 하였다. 타 분포형에 대한 기존의 연구결과에서 표본의 크기가 클 경우 매개변수 추정시 관측정보행렬이 동시에 추정되어 계산시간

본 연구에서는 지점 간 확률가중모멘트의 교차상관관계를 구하기 위해 Monte Carlo 모의를 이용하여 이를 지점간 표본자료의 교차상관성에 대한 관계식으로 확장하여 근사값을 구하고자 하였다. 모의실험 결과 각각의 확률가중 모멘트간 교차상관계수는 지점 간 표본자료의 교차상관계수와 자료크기가 동일하고 동시간 자료일 경우 기울기 1인 선형관계를 보이며, 자료크기에 따른 동시간 자료의 비율이 작아질수록 선형적인 관계는 점점 약해지게 된다. 따라서 자료크기에 따

수공구조물의 위험도에 관한 불확실성을 검토하기 위하여 본 연구에서는 빈도해석을 통하여 추정되는 설계홍수량의 분산량을 고려한 불확실성 해석을 실시하였다. Gumbel 분포형을 기본 분포형으로 가정하였으며, 모멘트법, 최우도법, 확률가중모멘트법을 이용하여 각 매개변수 추정방법별로 추정된 설계홍수량에 대한 이론적인 분산량을 산정하였다. 이론적으로 유도한 분산량의 특성을 규명하기 위하며 다양한 표본크기와 설계연한, 비초과확률 및 변동계수조건에 대하여 Monte